垫片冲压正装复合模设计.doc

集 美 大 学课 程 设 计 说 明 书题目：垫片冲压正装复合模设计 姓 名： 何伟城 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 1112班 学 号： 2011717051 指导老师：陈怀民 胡志超 2 0 1 5 年 1 月 15 日集美大学机械与能源工程学院专 业 课 程 设 计 任 务 书材料成型及控制工程专业设计题目： 垫片件冲压正装复合模设计 设计任务：设计一简单冲压零件，并根据该零件设计一副冲压模具。制件年产量：50万件完成的任务：1. 冲压工艺过程卡一份；2. 产品零件图一份；3. 冲压模具装配及模具成形零件工程图各一份；4. 设计说明书一份。时间安排：1. 借资料、产品的结构设计及绘制零件图；（1.5天）2. 确定零件冲压工艺方案，填写冲压工艺过程卡；（1天）3. 零件工艺性分析及冲压工艺方案的确定；毛坯排样方案设计及材料利用率计算；冲裁力及压力中心计算；选择压力设备；模具总体结构设计，包括送料方式、卸料和出件方式、凹模板外形尺寸的计算、其它模板尺寸的确定和模架的选择；凸、凹模零件设计，包括刃口尺寸计算、凸模结构及凹模型腔结构设计；卸料和顶件装置设计；模具结构三维设计。（4天）4. 绘制模具结构装配图、模具成型零件工程图；（2.5天）5. 编写设计说明书；（2天）6. 答辩。（1天）参考书目：1翁其金.冲压工艺及冲模设计M.北京：机械工业出版社，2004 2黄毅宏.模具制造工艺M.北京：机械工业出版社，20043王新华.冲模结构图册M.北京：机械工业出版社，20044陈锡栋.实用模具设计简明手册M.北京：机械工业出版社，20015郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术M.北京：机械工业出版社，20056杨玉英.实用冲压工艺模具设计手册M.北京：机械工业出版社，2005指导教师 2015年 1月 15日 材料成型及控制工程 2011 级 1112 班学生： 何伟城 学号： 20117170512015年 1月 15日垫片冲压复合模设计目录引言11 零件工艺性分析及冲压工艺方案的确定21.1 止动件造型设计21.2 冲压件工艺分析21.3 冲压工艺方案的制定22 毛坯排样方案设计及材料利用率计算42.1 排样方案的确定42.2 计算条料的宽度及确定步距42.3 材料利用率计算53 冲裁力及压力中心计算73.1 冲裁力计算73.2 冲模压力中心确定74 凸凹模刃口尺寸计算94.1 落料刃口尺寸计算95 选择压力设备116 冲裁模的结构与设计126.1 模具类型的选择136.2 定位方式的选择136.3 工作零件设计147 模具整体机构设计17结束语18致谢语19参考文献20引言模具是工业生产的重要装备，是国民经济的基础设备，是衡量一个国家和地区工业水平的重要标志。模具在电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，是工业发展的基石，被人称为“工业之母”和“磁力工业”。冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力使其产生分离或塑性变形，从而获得所需的零件的一种压力加工方法。冷冲压在工业生产中应用十分广泛，其加工效率高，且操作方便，易于实现自动化；冲压时模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，一般不破坏冲压件的表面质量，而且寿命比较长，所以冲压件质量稳定，互换性好具有“一模一样”的特征；可以加工出尺寸范围比较大、形状复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料冷变形硬化效应，冲压件强度和刚度均较高；冲压没有切屑废料的生成，材料的消耗小，且不需要其他的热设备，也是一种省料的加工方法；冲压件陈本较低；但是冲压一般使用的模具具有专用型，有时一个复杂的零件需要数套模具才能加工成型，且模具精度较高，技术要求高，是技术密集型产业，所以只有在冲压件生产批量较大杜锋情况下才能充分的体现从而获得较好的经济效益。 1 零件工艺性分析及冲压工艺方案的确定1.1垫片造型设计其图形如图1-1所示：图1-1 垫片零件图1.2冲压件工艺分析 （1）材料：该冲裁件的材料是黄铜，H62 ，半硬，具有较好的可冲压性能。(2)零件结构：该冲裁件结构简单，并在转角有四处R4圆角，比较适合冲裁。(3)尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按IT13级确定工件尺寸的公差。查公差表可得各尺寸公差为：零件外形：mm 、34mm、mm零件内形：mm结论：适合冲裁。1.3冲压工艺方案的制定该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：先落料，再冲孔，采用单工序模生产。落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。冲孔落料连续冲压，采用连续模生产。三种方案比较见表1.1方案模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁.由工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模结构采用正装复合模及弹性卸料和定位销定位方式。表1.1三种方案的比较 模具种类比较项目单工序模复合模级进模冲件精度较低高一般生产效率较低较高高生产批量适合大、中、小批量适合大批量适合大批量模具复杂程度较易较复杂复杂模具成本较低较高高模具制作精度较低较高高模具制造周期较快较长长模具外形尺寸较小中等较大冲压设备能力较小中等较大工作条件一般较好好2 毛坯排样方案设计及材料利用率计算2.1 排样方案的确定排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排样有利于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产重要的技术指标之一。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效益更为突出。保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应等情况，以选择较为合理的排样方案。根据材料的合理利用情况，条料排样方法可以分为以下三种：（1）有废料排样：冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在搭边废料，冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。（2)少废料排样：只在冲件与冲件之间或冲件与条料之间留有搭边值，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凹模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率高，冲模结构简单。(3)无废料排样：冲件与冲件之间或冲件与条料之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量较差，模具寿命较短，但材料利用率高。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力，不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。综上分析，并考虑冲裁零件的形状、尺寸、材料，选取有废料排样。2.2 计算条料的宽度及确定步距搭边是指排样时毛坯外形与条料侧边及相邻毛坯外形之间设置的工艺废料。搭边的作用是保证毛坯从条料上分离，补偿由于定位误差使条料在送进过程中产生的偏移所需要的工艺废料，搭边分侧搭边和中间搭边。搭边的基本要求是要有足够的强度。步距是指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。材料厚度为1mm，查表得，a=1.5mm，a1=1.8。=0.6条料宽度计算公式 （2-1）B条料宽度尺寸；条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；计算得 B=（52+2x1.8）=55.6步距： S=34+1.5=35.5排样图如图2-1所示图2-1 排样图2.3 材料利用率计算 （2-2）A一个步距内冲裁件的实际面积，；B条料宽度，；S步距；。计算得： =1754.24/(55.6X35.5)=1754.24/1973.8=88.9%3 冲裁力及压力中心计算3.1 冲裁力计算冲裁力是指冲裁时凸模所承受的最大压力，包括施加给板料的正压力和摩擦阻力。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。 （3-1）式中F冲裁力，N；L冲裁周边长度，mm；t材料厚度，mm；材料抗剪强度，；K系数（一般取1.3）。其冲裁力F计算得：F=KLt=1.3165.121300=64396.8=64.4 KN （3-2） 卸料力 （3-3） 推件力 （3-4）式中 F为冲裁力（N）；n为同时梗塞在凹模内的工件数；、为卸料系数、推件力系数、，查表可得、=0.05。总冲压力 总冲压力是各种冲压工艺的总和，根据不同的模具结构计算，由于本模具采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模，则： （3-5）计算得：=64.4+3.22+3.22=70.84 KN 3.2 冲模压力中心的确定冲压力合力的作用点成为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块轨道和模具导向部分不正常的磨损。还会使合理的间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程那个发生变化的情况，或者由于冲件的形状的特殊，从模具的结构考虑，不宜于使得压力中心与模柄的中心线重合的情况，这时应注意使得压力中心的偏离不致超过所选用压力机允许的范围。由于制件为规则几何体所以制件的几何中心就是压力中心4 凸凹模刃口尺寸计算因冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类：（1）按凸模与凹模图样分别加工法：它主要用于圆形或简单规则形状的工作，因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。（2）按凸模与凹模配作法加工：常用于冲制复杂形状的冲模。这种加工方法的特点是模具的间隙有配置保证，不必校核的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。本设计采用配作法加工。4.1 落料刃口尺寸计算工件图如图所示4-1所示图4-1 工件图刃口尺寸计算列于表4.1中。其中:落料部分以凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。表4.1 刃口尺寸计算基本尺寸及分类冲裁间隙磨损系数计算公式制造公差计算结果落料凹模D=Z=0.05Z=0.07Z- Z=0.07-0.05=0.02mm制件精度为：IT13级，故x=0.5D=(D-x)/4D=51.77相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.050.07之间D=34D=33.81同上同上同上D=(D-x)/4D=3.91同上冲孔d=同上同上 dp=(d+x)/4d=14.14相应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证双面间隙在0.05-0.07之间5 选择压力设备曲柄压力机是材料成型中广泛应用的设备，通过曲柄连杆机构获得材料成形时所需的力和直线位移，可进行冲压，挤压，锻造等工艺，广泛应用于汽车工业，航空工业，电子仪表工业，五金轻工业领域。由前面计算结果得知 冲压力F=64.4KN和工作特点，选择J23-10开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。主要参数如下：公称压力：100 KN滑块行程：45mm行程次数：145次分最大闭合高度：180mm连杆调节长度：35mm工作台尺寸（前后左右）：200mm310mm6 冲裁模的结构与设计6.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知采用复合冲压，但复合模又可分为倒装复合模和正装复合模，其各自的特点如下表6.1表6.1正装复合模与倒装复合模的比较序号正装倒装1对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便、不安全，孔的废料又打棒打出操作方法能装自动拨料装置即能提高生产效率又能保证安全生产。孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉3装凹模的面积较大，有利于复杂重建用拼块结构如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板4废料不会在凸凹模孔内积聚，每次又打棒打出，可减少孔内废料的涨力，又利于凸凹模减小最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求又较大的壁厚以增加强度。综合考虑该冲件选用正装复合模。6.2 定位方式的选择定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置，以保证冲制出合格的零件。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与条料方向垂直方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进成为送进导向；二是在送料方向的限位，控制条料一次送进的距离（步距）。6.2.1 导料销的选择 属于送料导向的定位零件又称导料销，导料板、侧压板等。导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。导料销则多用于复合模和单工序模中。因此选导料销做为导向且位于条料的同侧，一般设2个，从前向后送料时导料销装在左侧（固定式），为标准件。6.2.2 挡料销的选择属于送料定距的定位零件有挡料销、导正销、侧刃等，导正销及侧刃多用于级进模和单工序模中。挡料销则多用于复合模和单工序模中。选取挡料销做定距定位零件。6.2.3 卸料装置的选择常见的卸料零件又固定卸料板和弹压卸料板。前者式刚性结构主要起卸料作用，卸料力大，适用于冲材料厚度大于0.8的模具，后者是柔性结构，兼有压和卸料两个作用。其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。主要用于冲制薄料和要求制件平整的冲模中，因此选取弹压卸料板。6.2.4 顶件装置的设计主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种，一般刚性用的较多，它由打杆、推板、连接杆和推件块组成。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件板，将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。6.3 工作零件的设计6.3.1凹模板尺寸凹模厚度的确定： (6-1)式中 s垂直送料方向的凹模刃壁间的最大尺寸() k系数计算得： H=0.2852=14.56mm 取15凹模边壁厚 C=(1.52)H （6-2） =(1.52) 15 =(22.530)mm 实取c=24mm凹模板边长 L=b+2c (6-3) =52+224 =100mm查标准JB/T 6743.1-94: 凹模板宽B=100mm故确定凹模板外形为:100x80x15(mm)6.3.2凸凹模设计凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凸、凹模的结构大到分为整体式和镶拼式的两种，镶拼式结构适合于大，中型和形状复杂，局部容易损坏的整体凸模式或凹模，而此处所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式来加工凸凹模。凸凹模长度: L=h+h+h (6-4) =10+10+25-1 =44(mm)式中 h凸凹模固定板厚度 h弹性卸料板厚度 h增加长度(包括凸模进入凹模深度,弹性元件安装高度等)6.3.3 凸模的设计凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、与上模板直接固定和采用低溶点合金或环氧树脂浇注固定三种。冲孔凸模为圆形，采取台阶式凸模，它的强度刚性较好，装配修磨方便，与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6或H7/n7）制造，最大直径的作用是形式台肩，以便固定，保证工作时凸模不配拉出，材料为3Cr2Mn,。其凸模长度计算公式： (6-2)式中 凸模固定板的厚度 空心垫板厚 凹模板厚L=10+10+15+1=366.3.4 模架及组成零件的设计根据模具零件结构尺寸,查标准GB/T2855.5-90选取后侧导柱100X80标准模架一副。 (1)模架材料选取50钢，模架上模板的长度为215mm、宽度90mm、厚度25mm； 下模板的长度为215mm、宽度为90mm，厚度为30mm。（2）模柄选压入式模柄（JB/T7646.11994），基本尺寸与压力机相对应，材料采用50钢，模柄与上模座的配合采用H7/r6过度配合。（3）螺钉选用标准件内六角螺钉，规为M8、M10；圆柱销D8、D6；导柱20100；22100导套为长度3580；3880导柱导套的具体尺寸查参考文献5表5.4-1、表5.4-2.可知。材料为20钢。6.3.5其它模具零件结构尺寸根据倒装复合模形式特点:凹模板尺寸并查标准JB/T-6743.1-94确定其它模具模板尺寸列于表6.2表6.2 模具零件结构尺寸序号名称长宽厚(mm)材料数量1上垫板10080550钢12凸模固定板100801050钢13限位块100801050钢14卸料板100801050钢15凸凹模固定板100801050钢16下垫板10080550钢17模具整体结构设计垫片冲压倒装复合模的装配如图7-1。图7-1 正装复合模装配图如图的正装复合模工作原理如下：凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模。模具工作时，条料沿两个导料销送至挡料销处定位。冲裁时，上模向下运动，因弹压卸料板与安装在凹模型孔内的推件板分别高出凸凹模和落料凹模的工作面约1mm，故首先将条料压紧。上模继续向下，同时完成冲孔和落料。冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便。卡在凹模中的冲件由弹性推件装置推出。结束语这次的课程设计是对三年的学习生活中所学的知识一个汇总和概括，使我们每个人都能总合运用所学的知识进行设计。就我个人而言，通过这次课程设计，使我学习到了许多知识，对模具的设计与制造有了极为深刻的认识，是一次由理论向实践的飞跃，让我感慨颇深，主要体会有以下几点：1、扎实的基础课，专业课是模具设计的基础。由于以前所学的课程难免有些理解不深，遗忘等，而本次设计又或多或少的用到了这些知识，从而迫使我再次回顾以前的课程，并加深了对这些课程的理解，如机械制图中的各种线型的特点应用，材料力学中的应力校核，热处理中各种材料与热处理性能，公差配合与测量技术中公差的正确选用，模具的加工与制造技术。塑料模具的设计与制造步骤，模具材料的正确选用等。2理论与实践相结合的重要性以前的学习中，基本上是纯理论的学习，虽然有金工实习、毕业实习等实践的体味，但却停留在表面上，没有进行过真正的设计，从而使理论与实践严重脱节，在作设计的过程中，我才真正感觉到眼高手低的含义，同时也“窥一斑而知全豹”，自己的学习中的不足和薄弱环节暴露无遗，但是在老师们的帮助下以及自己的努力下，我终于克服了